U kojim područjima se uglavnom koriste optički mikroskopi?
Znanstveni mikroskop je staro i mlado znanstveno sredstvo. Ima povijest dugu tri stotine godina od svog rođenja. Optički mikroskopi imaju široku primjenu, primjerice u biologiji, kemiji, fizici, astronomiji itd. u nekim znanstvenim istraživanjima, a sve bez mikroskopa.
Trenutno je gotovo postao imidž znanosti i tehnologije. Dovoljno je samo vidjeti njegovu brojku koja se često pojavljuje u medijskim izvješćima o znanosti i tehnologiji da biste vidjeli da je ova izjava točna.
U biologiji, laboratorij je neodvojiv od ove vrste eksperimentalne opreme, koja može pomoći učenicima u proučavanju nepoznatog svijeta; razumjeti svijet.
Bolnice su najveća mjesta primjene mikroskopa, koji se uglavnom koriste za provjeru informacija kao što su promjene u tjelesnim tekućinama pacijenta, klice koje napadaju ljudsko tijelo, promjene u strukturi staničnog tkiva itd., te pružaju liječnicima referentne i metode provjere za formuliranje liječenja planovi. U mikrokirurgiji, mikroskop je jedini alat za liječnike; u poljoprivredi, uzgoju, kontroli štetočina i drugim poslovima ne može bez pomoći mikroskopa; u industrijskoj proizvodnji, kontrola obrade i podešavanje montaže finih dijelova te istraživanje svojstava materijala mogući su pomoću mikroskopa. Mjesto gdje će pokazati svoje talente; kriminalistički istražitelji često se oslanjaju na mikroskope za analizu raznih mikroskopskih zločina, kao važno sredstvo za utvrđivanje pravog ubojice; odjeli za zaštitu okoliša također trebaju mikroskope za otkrivanje raznih krutih zagađivača; geološki i rudarski inženjeri i kulturni relikti koje koriste arheolozi. Tragovi koje je pronašao mikroskop mogu prosuditi duboko zakopane mineralne naslage ili izvesti zaključak o prašnjavoj povijesnoj istini; čak ni svakodnevni život ljudi ne može bez mikroskopa, kao što je kozmetička i frizerska industrija, koja može koristiti mikroskop za otkrivanje kvalitete kože i kose. Mogu se dobiti najbolji rezultati. Može se vidjeti koliko je mikroskop usko povezan s proizvodnjom i životom ljudi.
Prema različitim namjenama primjene, mikroskopi se mogu grubo klasificirati u četiri kategorije: biološki mikroskopi, metalografski mikroskopi, stereo mikroskopi i polarizacijski mikroskopi. Kao što naziv implicira, biološki mikroskopi uglavnom se koriste u biomedicini, a objekti promatranja uglavnom su prozirna ili prozirna mikro tijela; metalografski mikroskopi se uglavnom koriste za promatranje površine neprozirnih predmeta, kao što su metalografska struktura i površinski defekti materijala; Dok je objekt uvećan i prikazan, orijentacija objekta i slike u odnosu na ljudsko oko također je dosljedna, a postoji i osjećaj dubine, što je u skladu s konvencionalnim vizualnim navikama ljudi; Polarizacijski mikroskopi koriste karakteristike prijenosa ili refleksije različitih materijala za polariziranu svjetlost za razlikovanje različitih komponenti mikro objekata. Osim toga, neke posebne vrste također se mogu dodatno podijeliti, kao što je invertirani biološki mikroskop ili mikroskop za kulturu, koji se uglavnom koristi za promatranje kulture kroz dno posude za kulturu; fluorescentni mikroskop koristi određene tvari za apsorbiranje specifične svjetlosti kraće valne duljine Karakteristike emitiranja specifične svjetlosti duže valne duljine za otkrivanje postojanja tih tvari i prosuđivanje njihovog sadržaja; usporedni mikroskop može oblikovati jukstaponirane ili superponirane slike dvaju objekata u istom vidnom polju, kako bi se usporedile sličnosti i razlike dvaju objekata.
Tradicionalni optički mikroskopi uglavnom se sastoje od optičkih sustava i njihovih pratećih mehaničkih struktura. U optičke sustave spadaju leće objektiva, okulari i sabirne leće, a sve su to komplicirana povećala izrađena od različitih optičkih stakala. Leća objektiva povećava sliku uzorka, a njezino povećanje M object određeno je sljedećom formulom: M object=Δ∕f' object , gdje je f' object žarišna duljina leće objektiva, a Δ može se shvatiti kao udaljenost između leće objektiva i okulara. Okular ponovno povećava sliku koju stvara leća objektiva i formira virtualnu sliku na 250 mm ispred ljudskog oka za promatranje. Ovo je najudobniji položaj za promatranje za većinu ljudi. Povećanje okulara M oko=250/f' oko, f' oko je žarišna duljina okulara. Ukupno povećanje mikroskopa umnožak je leće objektiva i okulara, odnosno M=M objekt*M oko=Δ*250/f' oko *f; objekt. Vidi se da će smanjenje žarišne duljine leće objektiva i okulara povećati ukupno povećanje, što je ključno za viđenje bakterija i drugih mikroorganizama mikroskopom, a ujedno je i razlika između njega i običnih povećala.
Dakle, je li zamislivo smanjiti f' objekt f' mrežu bez ograničenja, kako bi se povećalo povećanje, tako da možemo vidjeti suptilnije objekte? Odgovor je ne! To je zato što je svjetlost koja se koristi za snimanje u biti vrsta elektromagnetskog vala, pa će se tijekom procesa širenja neizbježno pojaviti fenomeni difrakcije i interferencije, baš kao što se valovi na površini vode koji se mogu vidjeti u svakodnevnom životu mogu vrtjeti okolo kada naiđete na prepreke , a dva stupa vodenih valova mogu ojačati jedan drugoga kada se susretnu ili isto oslabiti. Kada svjetlosni val emitiran iz točkastog svjetlećeg objekta uđe u leću objektiva, okvir leće objektiva sprječava širenje svjetlosti, što dovodi do difrakcije i interferencije. Postoji niz svjetlosnih prstenova slabog i postupno slabljećeg intenziteta. Središnju svijetlu točku nazivamo Airyjev disk. Kada su dvije točke emitiranja svjetla blizu određene udaljenosti, dvije svjetlosne točke će se preklapati sve dok se ne mogu potvrditi da su dvije svjetlosne točke. Rayleigh je predložio standard prosudbe, misleći da kada je udaljenost između središta dviju svjetlosnih točaka jednaka radijusu Airyjevog diska, dvije svjetlosne točke se mogu razlikovati. Nakon izračuna, udaljenost između dviju točaka emitiranja svjetlosti u ovom trenutku je e=0.61 入/n.sinA=0.61 I/NA, gdje je I valna duljina svjetlosti, valna duljina svjetlosti koju ljudsko oko može primiti je oko 0.4-0.7um, a n je indeks loma medija u kojem se nalazi točka emitiranja svjetlosti, kao što je zrak, n ≈1, u vodi, n≈1,33, a A je polovica kuta otvora točke emitiranja svjetlosti u odnosu na okvir leće objektiva, a NA se naziva numerička apertura leće objektiva. Iz gornje formule vidljivo je da je udaljenost između dviju točaka koje se mogu razlikovati pomoću leće objektiva ograničena valnom duljinom svjetlosti i numeričkom aperturom. Budući da je valna duljina najoštrijeg vida ljudskog oka oko 0.5um, a kut A ne može prijeći 90 stupnjeva, sinA je uvijek manji od 1. Maksimalni indeks loma dostupnog medij koji propušta svjetlost je oko 1,5, tako da je vrijednost e uvijek veća od 0.2um, što je minimalna granična udaljenost koju optički mikroskop može razlikovati. Povećajte sliku kroz mikroskop, ako želite povećati udaljenost točke objekta e koju može razlučiti leća objektiva s određenom NA vrijednošću dovoljnom da je razluči ljudsko oko, trebate Me Veći od ili jednak {{26 }}.15 mm, gdje je {{30}}.15 mm eksperimentalna vrijednost ljudskog oka Minimalna udaljenost između dva mikroobjekta koji se mogu razlikovati na 250 mm ispred očiju, tako da M Veći od ili jednako (0,15∕0,61 in) NA≈500N.A, kako promatranje ne bi bilo previše naporno, dovoljno je udvostručiti M, odnosno 500N. A Manje od ili jednako M Manje od ili jednako 1000N.A je razuman raspon odabira ukupnog povećanja mikroskopa. Bez obzira na to koliko je veliko ukupno povećanje, ono je besmisleno, jer je numerički otvor leće objektiva ograničio minimalnu razlučivu udaljenost, a povećanjem povećanja nemoguće je razlikovati više. Mali predmeti su detaljizirani.
Kontrast slike još je jedno ključno pitanje optičkih mikroskopa. Takozvani kontrast odnosi se na crno-bijeli kontrast ili razliku u boji između susjednih dijelova na površini slike. Ljudskom oku je teško procijeniti razliku svjetline ispod 0.02. malo je osjetljiviji. Za neke objekte promatranja mikroskopom, kao što su biološki uzorci, razlika u svjetlini između detalja je vrlo mala, a pogreške u dizajnu i proizvodnji optičkog sustava mikroskopa dodatno smanjuju kontrast slike i otežavaju razlikovanje. U ovom trenutku se detalji objekta ne mogu jasno vidjeti, ne zato što je ukupno povećanje premalo, niti je numerički otvor leće objektiva premalen, već zato što je kontrast ravnine slike prenizak.
Tijekom godina ljudi su naporno radili na poboljšanju rezolucije i kontrasta slike mikroskopa. Sa stalnim napretkom računalne tehnologije i alata, teorija i metode optičkog dizajna također se kontinuirano poboljšavaju. Zajedno s poboljšanjem performansi sirovina, procesa i kontinuirano poboljšanje metoda detekcije i inovacija metoda promatranja učinili su kvalitetu slike optičkog mikroskopa blizu savršenstva granice difrakcije. Ljudi će koristiti bojenje uzoraka, tamno polje, fazni kontrast, fluorescenciju, interferenciju, polarizaciju i druge tehnike promatranja kako bi napravili optički mikroskop. Može se prilagoditi istraživanju svih vrsta uzoraka. Iako su se elektronski mikroskopi, ultrazvučni mikroskopi i drugi instrumenti za povećavanje slike sukcesivno pojavili u posljednjih nekoliko godina, i imaju vrhunsku izvedbu u nekim aspektima, još uvijek nisu dostupni u smislu jeftinosti, praktičnosti, intuicije i posebno prikladni za istraživanje živih organizama. Suparnik svjetlosnom mikroskopu, koji još uvijek čvrsto drži svoju poziciju. S druge strane, u kombinaciji s laserom, računalom, tehnologijom novih materijala i informacijskom tehnologijom, drevni optički mikroskop se pomlađuje i pokazuje snažnu vitalnost. Digitalni mikroskop, laserski konfokalni skenirajući mikroskop, skenirajući mikroskop bliskog polja, dvofotonski mikroskop i razne nove funkcije ili instrumenti koji se mogu prilagoditi raznim novim uvjetima okoline pojavljuju se u beskrajnom nizu, što dodatno proširuje polje primjene optičkih mikroskopa. Kako su samo uzbudljive mikroskopske slike kamenih formacija koje su učitali marsohodi! Možemo u potpunosti vjerovati da će optički mikroskop koristiti čovječanstvu s ažuriranim stavom.
